مضخة الحرارة (حصان)هو جهاز يقوم بنقل وتحويل وتحويل الطاقة الحرارية. وفقًا لمبدأ التشغيل، فهو يشبه الأجهزة والمعدات المعروفة، مثل الثلاجة أو مكيف الهواء. يعتمد تشغيل أي TN على دورة كارنو العكسية، التي سميت على اسم الفيزيائي وعالم الرياضيات الفرنسي الشهير سيدي كارنو.

مبدأ عمل المضخة الحرارية

دعونا ندرس بمزيد من التفصيل فيزياء عمليات تشغيل هذه المعدات. تتكون المضخة الحرارية من أربعة عناصر رئيسية:

1. ضاغط
2. مبادل حراري (مكثف)
3. مبادل حراري (المبخر)
4. ربط التجهيزات وعناصر الأتمتة.

ضاغطضروري لضغط ونقل المبرد من خلال النظام. عند ضغط الفريون ترتفع درجة حرارته وضغطه بشكل حاد (يتطور الضغط حتى 40 بار، ودرجة الحرارة تصل إلى 140 درجة مئوية)، وعلى شكل غاز بدرجة عالية من الانضغاط يذهب إلى مكثف(عملية ثابتة الحرارة، أي عملية لا يتفاعل فيها النظام مع الفضاء الخارجي)، حيث ينقل الطاقة إلى المستهلك. يمكن أن يكون المستهلك إما البيئة المباشرة التي تحتاج إلى تسخين (على سبيل المثال، الهواء الداخلي) أو المبرد (الماء، مضاد التجمد، وما إلى ذلك)، والذي يقوم بعد ذلك بتوزيع الطاقة من خلال نظام التدفئة (المشعات، الأرضيات الساخنة، الألواح الساخنة، المسخنات الحرارية ، ملفات المروحة، وما إلى ذلك). وفي هذه الحالة، تنخفض درجة حرارة الغاز بشكل طبيعي، وتتغير حالة تجمعه من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة (عملية متساوية الحرارة، أي عملية تحدث عند درجة حرارة ثابتة).

بعد ذلك، يكون المبرد في حالة سائلة يدخل المبخر، مروراً عبر صمام ترموستاتي (TRV)، وهو أمر ضروري لتقليل الضغط وجرعة تدفق الفريون إلى المبادل الحراري التبخيري. نتيجة لانخفاض الضغط عند المرور عبر قنوات المبخر، يحدث انتقال طوري، وتتغير حالة تجميع مادة التبريد مرة أخرى إلى الحالة الغازية. في هذه الحالة، تنخفض إنتروبيا الغاز (استنادًا إلى الخواص الفيزيائية الحرارية للفريون)، مما يؤدي إلى انخفاض حاد في درجة الحرارة، ويتم "إزالة" الحرارة من مصدر خارجي. يمكن أن يكون المصدر الخارجي هو هواء الشوارع وأحشاء الأرض والأنهار والبحيرات. بعد ذلك، يتم إرجاع الفريون الغازي المبرد إلى الضاغط، وتتكرر الدورة مرة أخرى.

وفي الواقع، تبين أن المحرك الحراري نفسه لا ينتج حرارة، بل هو جهاز لنقل الطاقة وتعديلها وتعديلها من بيئةفي الغرفة.

إلا أن هذه العملية تحتاج إلى كهرباء، والمستهلك الرئيسي لها هو وحدة الضاغط. تسمى نسبة الطاقة الحرارية المستقبلة إلى الطاقة الكهربائية المستهلكة بعامل التحويل (COR). ويختلف حسب نوع الشاحن التوربيني والشركة المصنعة له وعوامل أخرى ويتراوح من 2 إلى 6.

حاليًا، يتم استخدام أنواع مختلفة من الفريونات الصديقة للأوزون (R410A، R407C) كمبرد، مما يسبب الحد الأدنى من الضرر للبيئة. تستخدم المحركات الحرارية الحديثة ضواغط من النوع اللولبي لا تحتاج إلى صيانة، ولا يوجد بها أي احتكاك تقريبًا، ويمكن أن تعمل بشكل مستمر لمدة 30-40 عامًا. وهذا يضمن عمر خدمة طويل للوحدة بأكملها. على سبيل المثال، شركة ألمانيةستيبل الترون هناك TNs التي عملت من دونإصلاح

منذ أوائل السبعينيات من القرن الماضي.

أنواع المضخات الحرارية اعتمادًا على الوسائط المستخدمة لاختيار وإعادة توزيع الطاقة أيضًاميزات التصميم

وطرق التطبيق، هناك أربعة أنواع رئيسية من HP:

مضخة حرارة الهواء إلى الهواء

يستخدم هذا النوع من المعدات هواء الشارع كمصدر طاقة منخفض الإمكانات. ظاهريًا، لا يختلف عن نظام تكييف الهواء المنفصل التقليدي، ولكنه يحتوي على عدد من الميزات الوظيفية التي تسمح له بالعمل في درجات حرارة منخفضة (تصل إلى -30 درجة مئوية) و"إزالة" الطاقة من البيئة. يتم تدفئة المنزل مباشرة عن طريق الهواء الدافئ الذي يتم تسخينه في مكثف المضخة الحرارية.

• مميزات HP جو-جو:
• تكلفة منخفضة
• وقت التثبيت القصير وسهولة التثبيت النسبية

لا يوجد احتمال لتسرب سائل التبريد

• عيوب:
• أداء مستقر حتى -20 درجة مئوية
• ضرورة تركيب وحدة داخلية في كل غرفة أو تنظيم نظام مجاري الهواء لتزويد جميع الغرف بالهواء الساخن. عدم القدرة على الاستلامالماء الساخن

(دو)

ومن الناحية العملية، تُستخدم هذه الأنظمة للسكن الموسمي ولا يمكن أن تكون بمثابة المصدر الرئيسي للتدفئة.

مضخة حرارة الهواء إلى الماء

مبدأ تشغيلها مشابه للنوع السابق، إلا أنها لا تقوم بتسخين الهواء داخل الغرفة مباشرة، بل المبرد الذي بدوره يستخدم لتدفئة المنزل وتحضير الماء الساخن.

• لا يتطلب تنظيم “كفاف خارجي” (الحفر)
• الموثوقية والمتانة
• مؤشرات الكفاءة العالية (COP) في فترتي الخريف والربيع

مساوئ TN:

• انخفاض كبير في COP عند درجات حرارة منخفضة (تصل إلى 1.2)
• الحاجة إلى تذويب الوحدة الخارجية (الوضع العكسي)
• عدم القدرة على العمل في درجات حرارة أقل من -25 درجة مئوية - -30 درجة مئوية

لا تزال مثل هذه المضخات في مناخنا غير قادرة على العمل كمصدر وحيد للتدفئة. لذلك، غالبا ما يتم تركيبها (وفقا لمخطط ثنائي التكافؤ) بالتزامن مع معدات التدفئة الإضافية (الكهربائية، بيليه، الوقود الصلب، غلاية الديزل، الموقد مع سترة المياه). كما أنها مناسبة لإعادة بناء وأتمتة بيوت الغلايات القديمة باستخدام الوقود التقليدي. يتيح لك ذلك تشغيل النظام في الوضع التلقائي طوال معظم أيام العام (ليست هناك حاجة للتنزيل الوقود الصلبأو إعادة تزويد وقود الديزل بالوقود) باستخدام قوة الشاحن التوربيني فقط.

مضخة حرارة الماء المالح

واحدة من الأكثر شيوعا في جمهورية بيلاروسيا. باستخدام إحصائيات منظمتنا، فإن 90% من المضخات الحرارية المثبتة هي طاقة حرارية أرضية. في هذه الحالة، يتم استخدام أحشاء الأرض باعتبارها "الكفاف الخارجي". ونتيجة لذلك، تتمتع هذه المضخات الحرارية بالميزة الأكثر أهمية على الأنواع الأخرى من المضخات الحرارية - وهي مؤشر كفاءة التشغيل المستقر (COP) بغض النظر عن الوقت من السنة.

وفقا للمصطلحات المعمول بها، تسمى الدائرة الخارجية الطاقة الحرارية الأرضية.

هناك نوعان رئيسيان من دوائر الطاقة الحرارية الأرضية:

• أفقي
• رَأسِيّ

دعونا ننظر إلى كل واحد منهم بمزيد من التفصيل.

مخطط أفقي

مخطط أفقيهو نظام أنابيب البولي ايثيلينتوضع تحت الطبقة العليا من التربة على عمق حوالي 1.5 - 2 متر تحت مستوى التجمد. تظل درجة الحرارة في هذه المنطقة إيجابية (من +3 إلى +15 درجة مئوية) طوال العام التقويمي، وتصل إلى الحد الأقصى في أكتوبر والحد الأدنى في مايو. تعتمد المساحة التي يشغلها المجمع على مساحة المبنى ودرجة عزله وحجم الزجاج. لذلك، على سبيل المثال، بالنسبة لمبنى سكني من طابقين بمساحة 200 متر مربع، والذي يتمتع بعزل جيد يلبي المعايير الحديثة، يجب تخصيص حوالي أربعة أفدنة من الأرض (400 متر مربع) لحقل الطاقة الحرارية الأرضية. وبطبيعة الحال، للحصول على تقييم أكثر دقة لقطر الأنابيب المستخدمة والمنطقة المحتلة، هناك حاجة إلى حساب هندسي حراري مفصل.

هذا هو شكل تركيب المجمع الأفقي في إحدى منشآتنا في دزيرجينسك (جمهورية بيلاروسيا):

مزايا المجمع الأفقي:

• تكلفة أقل مقارنة بالآبار الحرارية الأرضية
• إمكانية تنفيذ العمل على تركيبه مع مد الاتصالات الأخرى (إمدادات المياه والصرف الصحي)

عيوب المجمع الأفقي:

• مساحة كبيرة مشغولة (يحظر إقامة هياكل دائمة أو أسفلت أو وضع ألواح الرصف، من الضروري توفير الوصول الطبيعي للضوء وهطول الأمطار)
• عدم إمكانية الترتيب عندما تكون جاهزة تصميم المناظر الطبيعيةحبكة
• استقرار أقل مقارنة بالمجمع العمودي.

عادة ما يتم تنفيذ ترتيب هذا النوع من المجمعات بطريقتين. في الحالة الأولىعلى كامل منطقة التمديد، قم بإزالة الجزء العلوي طبقة من التربة بسمك 1.5-2 م، يتم الآن مد أنابيب المبادل الحراري بخطوة معينة (من 0.6 إلى 1.5 م)ويتم الردم. للقيام بهذا العمل، تكون المعدات القوية مناسبة، مثل اللودر الأمامي والجرافة والحفارات ذات المدى الكبير وحجم الجرافة.

في الحالة الثانيةيتم تنفيذ حلقات كفاف الأرض خطوة بخطوة خنادق بعرض من 0.6 م إلى 1 م. الحفارات الصغيرة واللوادر ذات المحراث الخلفي مناسبة لهذا الغرض.

مخطط عمودي

جامع عمودييمثل الآبار بأعماق من 50 إلى 200 موأكثر من ذلك، حيث يتم إنزال الأجهزة الخاصة - تحقيقات الطاقة الحرارية الأرضية. تظل درجة الحرارة في هذه المنطقة ثابتة لسنوات وعقود عديدة وتزداد مع زيادة العمق. وتحدث الزيادة في المتوسط ​​بمقدار 2-5 درجة مئوية لكل 100 متر. وتسمى هذه القيمة المميزة بتدرج درجة الحرارة.

عملية تركيب أداة تجميع عمودية في منشأتنا الواقعة في قرية كريزوفكا بالقرب من مينسك:

وبدراسة خرائط توزيع درجات الحرارة على أعماق مختلفة على أراضي جمهورية بيلاروسيا ومدينة مينسك على وجه الخصوص، يمكن ملاحظة أن درجة الحرارة تختلف من منطقة إلى أخرى، ويمكن أن تختلف بشكل كبير حسب الموقع. لذلك، على سبيل المثال، عند عمق 100 متر في منطقة سفيتلوغورسك يمكن أن تصل إلى +13 درجة مئوية، وفي بعض مناطق منطقة فيتيبسك على نفس العمق لا تتجاوز +8.5 درجة مئوية.

وبطبيعة الحال، عند حساب عمق الحفر وتصميم الحجم والقطر وغيرها من خصائص مجسات الطاقة الحرارية الأرضية، من الضروري أخذ هذا العامل في الاعتبار. وبالإضافة إلى ذلك، من الضروري أن تأخذ في الاعتبار التكوين الجيولوجي للصخور التي تمر عبرها. فقط بناءً على هذه البيانات يمكنك تصميم دائرة الطاقة الحرارية الأرضية بشكل صحيح.

كما تظهر الممارسة والإحصائيات الخاصة بمنظمتنا، فإن 99٪ من المشاكل أثناء تشغيل HP ترتبط بعمل الدائرة الخارجية، ولا تظهر هذه المشكلة مباشرة بعد تشغيل الجهاز. وهناك تفسير لذلك، لأنه إذا تم حساب المحيط الجغرافي بشكل غير صحيح (على سبيل المثال، في إقليم منطقة فيتيبسك، حيث، كما نتذكر، يعد التدرج الحراري الأرضي أحد أدنى المعدلات في الجمهورية)، فإن عمله الأولي هو ليس مرضيًا، ولكن بمرور الوقت "يبرد" سمك الأرض. ينتهك التوازن الديناميكي الحراري وتبدأ المشاكل، ولا يمكن أن تنشأ المشكلة إلا في موسم التسخين الثاني أو الثالث. يبدو الكفاف الضخم أقل إشكالية، لكن العميل يضطر إلى دفع ثمن أمتار الحفر غير الضرورية بسبب عدم كفاءة المقاول، الأمر الذي يؤدي حتما إلى زيادة في تكلفة المشروع بأكمله.

يجب أن تكون دراسة باطن الأرض حاسمة بشكل خاص أثناء بناء المنشآت التجارية الكبيرة، حيث يكون عدد الآبار بالعشرات، ويمكن أن تكون الأموال المحفوظة (أو المهدرة) في بنائها كبيرة جدًا.

مضخة حرارة الماء إلى الماء

يمكن أن يكون أحد أنواع مصادر الحرارة الحرارية الأرضية المياه الجوفية. لديهم درجة حرارة ثابتة (من +7 درجة مئوية وما فوق)، وتوجد بكميات كبيرة على أعماق مختلفة في أراضي جمهورية بيلاروسيا. ووفقا لهذه التقنية، يتم رفع المياه الجوفية من البئر بواسطة مضخة طرد مركزي وتدخل إلى محطة تبادل الحرارة والكتلة، حيث تنقل الطاقة إلى مانع التجمد في الدائرة السفلية مضخة الحرارة. تعتمد كفاءة تشغيل هذا النظام على مستوى المياه الجوفية (اعتمادا على عمق الارتفاع، يلزم قوة مضخة معينة)، والمسافة من بئر السحب إلى محطة التبادل. تتمتع هذه التقنية بواحدة من أعلى قيم COP، ولكنها تحتوي على عدد من الميزات التي تحد من استخدامها.

فيما بينها:

• قلة المياه الجوفية، أو انخفاض مستوى تواجدها؛
• عدم وجود تدفق مستمر للبئر، وانخفاض في المستويات الثابتة والديناميكية؛
• ضرورة مراعاة تركيبة الأملاح والتلوث (إذا كانت نوعية المياه غير كافية، يصبح المبادل الحراري مسدوداً وتنخفض مؤشرات الأداء)
• الحاجة إلى تركيب بئر صرف لتصريف كميات كبيرة من مياه الصرف الصحي (من 2200 لتر/ساعة أو أكثر)

كما تبين الممارسة، فمن المستحسن تركيب مثل هذه الأنظمة إذا كان هناك بركة أو نهر في المنطقة المجاورة مباشرة. ويمكن أيضًا استخدام مياه الصرف الصحي للأغراض الاقتصادية والصناعية، على سبيل المثال، للري أو لتنظيم الخزانات الاصطناعية.

أما بالنسبة لنوعية المياه الداخلة فمثلا مصنع ألماني بديل أنظمة التدفئة تستخدم المحركات الحرارية الحديثة ضواغط من النوع اللولبي لا تحتاج إلى صيانة، ولا يوجد بها أي احتكاك تقريبًا، ويمكن أن تعمل بشكل مستمر لمدة 30-40 عامًا. وهذا يضمن عمر خدمة طويل للوحدة بأكملها. على سبيل المثال، شركة ألمانيةتوصي بالإعدادات التالية: النسبة الإجمالية للحديد والمغنيسيوم لا تزيد عن 0.5 ملغم / لتر، محتوى الكلوريد أقل من 300 ملغم / لتر، غياب المواد المترسبة. إذا تم تجاوز هذه المعلمات، فمن الضروري تثبيت نظام إضافيالتنظيف - محطات التحضير والتحلية مما يزيد من الكثافة المادية للمشروع.

أعمال الحفر لمضخة حرارية.

بناءً على الخبرة في تركيب وتشغيل الوحدات الحرارية الأرضية، نوصي بحفر آبار لا يقل عمقها عن 100 متر. تظهر الممارسة أنه سيتم ملاحظة أداء واستقرار أفضل للمحرك الحراري، على سبيل المثال، في بئرين يبلغ طول كل منهما 150 مترًا مقارنة بثلاثة آبار يبلغ طول كل منها 100 متر. وبطبيعة الحال، يتطلب بناء مثل هذه المناجم معدات خاصة وطريقة حفر دوارة. المنشآت الصغيرة الحجم غير قادرة على توفير الطول المطلوب للآبار.

نظرًا لأن دائرة الطاقة الحرارية الأرضية هي العنصر الأكثر أهمية، وصحة ترتيبها هي مفتاح التشغيل الناجح للنظام بأكمله، يجب على مقاول الحفر تلبية عدد من المعايير:

• ومن الضروري أن يكون لديك خبرة في إنتاج هذا النوع من الخدمة؛
• لديك أداة خاصة لغمر المجسات.
• توفير ضمان بأن المسبار سيتم غمره في العمق المصمم وضمان سلامته وضيقه أثناء عملية العمل؛
• بعد الغمر، قم بتنفيذ تدابير لسد البئر لزيادة نقل الحرارة والإنتاجية، وسد عمود المنجم قبل الردم.

بشكل عام، مع التصميم المناسب والتركيب المؤهل، تكون مجسات الطاقة الحرارية الأرضية موثوقة للغاية ويمكن أن تستمر لمدة تصل إلى 100 عام.

عملية إنزال مسبار الطاقة الحرارية الأرضية في بئر محفور:

مسبار الطاقة الحرارية الأرضية على الإطار، قبل إجراء اختبار التسرب ("اختبار الضغط"):

الاستنتاجات

بناءً على خبرتنا في تصميم الأنظمة طاقة بديلةيمكننا تسليط الضوء على الحقائق الرئيسية التي تعتبر أساسية عندما يختار عملاؤنا المضخات الحرارية:

• ممتلىء السلامة والود البيئي(لا توجد عمليات احتراق أو أجزاء متحركة)
• فرصة طلب النظام "اليوم" والاستمتاع باستخدامه خلال ثلاثة أسابيع دون أي تنسيق مع الجهات التنظيمية والترخيصية.
• الحكم الذاتي الكامل والحد الأدنى من الصيانة(ليست هناك حاجة لأن تكون عضوًا في جمعية تعاونية للغاز، لتعتمد عليها؛ ليست هناك حاجة لرمي الحطب أو إجراء تنظيف شهري لمجاري الهواء، وتنظيم وصول ناقلة وقود، وما إلى ذلك)
• تكلفة قطعة أرض لبناء منزل فردي بدون إمدادات الغاز أقل بكثير وفترة التسليم لا تعتمد على خدمات الغاز
• فرصة التحكم عن بعد عبر الإنترنت
• معدات متطورة ومبتكرة ذات تصميم أنيق، لا عيب في عرضها للأصدقاء والمعارف، مما يؤكد بالتأكيد على مكانة صاحب المنزل.

إذا لم نتطرق إلى أي أسئلة في هذه المقالة وتريد طرحها شخصيًا، فيمكنك الحضور إلى مكتبنا على العنوان: Minsk, st. Odoevsky، 117، Nova Gros LLC واستشر مهندسينا.

لدينا أيضًا الفرصة لتنظيم زيارات مجانية لمرافق التشغيل المكتملة بالفعل.

رقم هاتف الاتصال: 0447652958; 0173997051

1.
2.
3.
4.
5.
6.

وحدة مثل المضخة الحرارية لها مبدأ تشغيل مماثل للأجهزة المنزلية - الثلاجة ومكيف الهواء. وتستمد حوالي 80% من طاقتها من البيئة. تضخ المضخة الحرارة من الشارع إلى الغرفة. يشبه عملها مبدأ تشغيل الثلاجة، ويختلف فقط اتجاه نقل الطاقة الحرارية.

على سبيل المثال، لتبريد زجاجة ماء، يضعها الناس في الثلاجة الأجهزة المنزلية"يأخذ" الحرارة جزئيًا من هذا الجسم والآن، وفقًا لقانون الحفاظ على الطاقة، يجب أن يعيدها. لكن أين؟ كل شيء بسيط، ولهذا الغرض تحتوي الثلاجة على مشعاع، وعادة ما يكون موجودًا عليها الجدار الخلفي. بدوره، المبرد، تسخين، يعطي الحرارة إلى الغرفة التي يقف فيها. وبالتالي، فإن الثلاجة تسخن الغرفة. ويمكن الشعور بدرجة ارتفاع درجة حرارة الجو في المحلات التجارية الصغيرة في فصل الصيف الحار، عندما يتم تشغيل العديد من وحدات التبريد.

والآن القليل من الخيال. لنفترض أن الأشياء الدافئة توضع باستمرار في الثلاجة، وتقوم بتدفئة الغرفة، أو يتم وضعها في فتحة النافذة، ويفتح باب الفريزر إلى الخارج، ويكون المبرد في الغرفة. أثناء تشغيله، سيتم نقل الأجهزة المنزلية، تبريد الهواء الخارجي، في وقت واحد طاقة حرارية، وهو خارج، داخل المبنى. هذا هو بالضبط مبدأ تشغيل المضخة الحرارية.

من أين تحصل المضخة على الحرارة؟

تعمل المضخة الحرارية بفضل استغلال المصادر الطبيعية للطاقة الحرارية ذات الإمكانات المنخفضة، ومنها:

• الهواء المحيط؛
• المسطحات المائية (الأنهار والبحيرات والبحار) ؛
• التربة والمياه الارتوازية والحرارية.

نظام التدفئة مع مضخة الحرارة

عند استخدام المضخة الحرارية للتدفئة، يعتمد مبدأ تشغيلها على التكامل في نظام التدفئة. ويتكون من دائرتين يضاف إليهما ثالثة وهي عبارة عن تصميم للمضخة.

يدور سائل التبريد، الذي يمتص الحرارة من البيئة، على طول الدائرة الخارجية. يدخل إلى مبخر المضخة ويطلق حوالي 4 -7 درجة مئوية إلى مادة التبريد، على الرغم من أن نقطة غليانه هي -10 درجة مئوية. ونتيجة لذلك، يغلي المبرد ثم يتحول إلى حالة غازية. يتم إرسال سائل التبريد المبرد بالفعل في الدائرة الخارجية إلى المنعطف التالي لرفع درجة الحرارة.

تتكون الدائرة الوظيفية للمضخة الحرارية من:

• المبخر؛
• المبردات.
• ضاغط كهربائي
• مكثف؛
• شعري؛
• جهاز التحكم الحراري.

تبدو عملية كيفية عمل المضخة الحرارية كما يلي:

• بعد الغليان، يدخل المبرد، الذي يتحرك عبر خط الأنابيب، إلى الضاغط الذي يعمل بالكهرباء. يقوم هذا الجهاز بضغط مادة التبريد التي تكون في الحالة الغازية إلى ضغط مرتفع مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارتها؛
• يدخل الغاز الساخن إلى مبادل حراري آخر (مكثف)، حيث يتم نقل حرارة مادة التبريد إلى سائل التبريد المنتشر عبر الدائرة الداخلية لنظام التدفئة، أو إلى هواء الغرفة؛
• التبريد، يتحول المبرد إلى حالة سائلة، وبعد ذلك يمر عبر صمام تخفيض الضغط الشعري، ويفقد الضغط، ثم ينتهي مرة أخرى في المبخر؛
• وبذلك تكون الدورة قد انتهت وتكون العملية جاهزة للتكرار.

الحساب التقريبي لانتاج التدفئة

على مدار ساعة، يمر 2.5-3 متر مكعب من سائل التبريد عبر المضخة من خلال المجمع الخارجي، والذي تستطيع الأرض تسخينه بمقدار ∆t = 5-7 درجة مئوية (اقرأ أيضًا: " "). لحساب الطاقة الحرارية لدائرة معينة، يجب عليك استخدام الصيغة:

س = (ت1 - ت2) × الخامس، حيث:
V – تدفق سائل التبريد في الساعة (م 3 /ساعة);
T 1 - T 2 - فرق درجة الحرارة بين المدخل والمدخل (درجة مئوية).

أنواع المضخات الحرارية

اعتمادًا على نوع الحرارة المتبددة المستهلكة، فإن المضخات الحرارية هي:

• المياه الجوفية - لتشغيلها في نظام تسخين المياه، يتم استخدام خطوط الأرض المغلقة أو مجسات الطاقة الحرارية الأرضية الموجودة في العمق (مزيد من التفاصيل: " ")؛
• الماء الماء - يعتمد مبدأ التشغيل في هذه الحالة على استخدام الآبار المفتوحة لتجميع المياه الجوفية وتصريفها (اقرأ: " "). في هذه الحالة، لا يتم حل الدائرة الخارجية، ونظام التدفئة في المنزل هو الماء؛
• ماء-هواء - تركيب دوائر مياه خارجية وتفعيلها هياكل التدفئة عرض جوي;
• هواء-هواء - لتشغيلها، يستخدمون الحرارة المتبددة للكتل الهوائية الخارجية بالإضافة إلى نظام تسخين الهواء في المنزل.

مزايا المضخات الحرارية

1. فعالة من حيث التكلفة وفعالة. لا يعتمد مبدأ تشغيل المضخات الحرارية الموضحة في الصورة على إنتاج الطاقة الحرارية، بل على نقلها. وبالتالي فإن كفاءة المضخة الحرارية يجب أن تكون أكبر من الوحدة. ولكن كيف يكون هذا ممكنا؟ فيما يتعلق بتشغيل المضخات الحرارية، يتم استخدام قيمة تسمى معامل التحويل الحراري، أو يتم اختصارها بـ CCT. تتم مقارنة خصائص الوحدات من هذا النوع بدقة وفقًا لهذه المعلمة.المعنى الفيزيائي للكمية هو تحديد العلاقة بين كمية الحرارة المستقبلة والطاقة المستهلكة للحصول عليها. على سبيل المثال، إذا كان معامل CPT هو 4.8، فهذا يعني أن 1 كيلو واط من الكهرباء التي تنفقها المضخة تنتج 4.8 كيلو واط من الحرارة، مجانًا من الطبيعة.
2. تطبيق عالمي عالمي. إذا لم تكن هناك خطوط كهرباء يمكن الوصول إليها للمستهلكين، يتم تشغيل ضاغط المضخة باستخدام محرك الديزل. بما أن الحرارة الطبيعية موجودة في كل مكان، فإن مبدأ تشغيل هذا الجهاز يسمح باستخدامه في كل مكان.
3. الحفاظ على البيئة. يعتمد مبدأ تشغيل المضخة الحرارية على انخفاض استهلاك الكهرباء وغياب منتجات الاحتراق. لا يحتوي المبرد الذي تستخدمه الوحدة على الكلوروكربونات وهو آمن تمامًا للأوزون.
4. وضع التشغيل ثنائي الاتجاه. خلال موسم التدفئة، تكون المضخة الحرارية قادرة على تسخين المبنى وتبريده في فصل الصيف. يمكن استخدام الحرارة المأخوذة من الغرفة لتزويد المنزل بالمياه الساخنة، ولتسخين المياه فيه إذا كان هناك حمام سباحة.
5. عملية آمنة. لا توجد عمليات خطيرة في تشغيل المضخات الحرارية - لا يوجد حريق مفتوح، ولا يتم إطلاق المواد الضارة بصحة الإنسان. لا يتمتع المبرد بدرجة حرارة عالية مما يجعل الجهاز آمنًا وفي نفس الوقت مفيدًا في الحياة اليومية.
6. التحكم الآلي في عملية تسخين الغرفة.

مبدأ تشغيل المضخة الحرارية، فيديو مفصل إلى حد ما:

بعض مميزات تشغيل المضخة

لضمان التشغيل الفعال للمضخة الحرارية، يجب استيفاء عدد من الشروط:

• يجب أن تكون الغرفة معزولة بشكل جيد (لا يمكن أن يتجاوز فقدان الحرارة 100 واط/م²)؛
• من المفيد استخدام مضخة حرارية لأنظمة التدفئة ذات درجات الحرارة المنخفضة. نظام التدفئة الأرضية يلبي هذا المعيار، حيث أن درجة حرارته تتراوح بين 35-40 درجة مئوية. يعتمد CPT إلى حد كبير على العلاقة بين درجة حرارة دائرة الإدخال ودائرة الإخراج.

مبدأ تشغيل المضخات الحرارية هو نقل الحرارة، مما يتيح لك الحصول على معامل تحويل الطاقة من 3 إلى 5. بمعنى آخر، كل 1 كيلو واط من الكهرباء المستخدمة يجلب 3-5 كيلو واط من الحرارة إلى المنزل.

لم تتمكن الإصدارات الأولى من المضخات الحرارية من تلبية احتياجات الطاقة الحرارية إلا جزئيًا. تعتبر الأصناف الحديثة أكثر كفاءة ويمكن استخدامها لأنظمة التدفئة. ولهذا السبب يحاول العديد من أصحاب المنازل تركيب مضخة حرارية بأيديهم.

سنخبرك بكيفية الاختيار الخيار الأفضلالمضخة الحرارية، مع الأخذ في الاعتبار البيانات الجغرافية للمنطقة التي من المقرر تركيبها فيها. تصف المقالة المقترحة للنظر فيها بالتفصيل مبدأ تشغيل أنظمة "الطاقة الخضراء" وتسرد الاختلافات. مع نصيحتنا، سوف تستقر بلا شك على نوع فعال.

بالنسبة للحرفيين المستقلين، نقدم تقنية تجميع المضخة الحرارية. يتم استكمال المعلومات المقدمة للنظر فيها من خلال المخططات المرئية واختيارات الصور وتعليمات الفيديو التفصيلية في جزأين.

يشير مصطلح المضخة الحرارية إلى مجموعة من المعدات المحددة. وتتمثل المهمة الرئيسية لهذه المعدات في جمع الطاقة الحرارية ونقلها إلى المستهلك. يمكن أن يكون مصدر هذه الطاقة أي جسم أو بيئة بدرجة حرارة +1 درجة مئوية أو أكثر.

هناك ما يكفي من مصادر الحرارة المنخفضة الحرارة في بيئتنا. هذه هي النفايات الصناعية من المؤسسات ومحطات الطاقة الحرارية والنووية والصرف الصحي وما إلى ذلك. لتشغيل المضخات الحرارية في التدفئة المنزلية، هناك حاجة إلى ثلاثة مصادر طبيعية ذاتية التجديد - الهواء والماء والأرض.

"تستمد" المضخات الحرارية الطاقة من العمليات التي تحدث بانتظام في البيئة. لا يتوقف تدفق العمليات أبدًا، لأن المصادر معروفة بأنها لا تنضب وفقًا للمعايير البشرية

يرتبط موردو الطاقة المحتملون الثلاثة المدرجون ارتباطًا مباشرًا بطاقة الشمس، والتي، عن طريق التسخين، تحرك الهواء مع الرياح وتنقل الطاقة الحرارية إلى الأرض. إن اختيار المصدر هو المعيار الرئيسي الذي يتم بموجبه تصنيف أنظمة المضخات الحرارية.

يعتمد مبدأ تشغيل المضخات الحرارية على قدرة الأجسام أو الوسائط على نقل الطاقة الحرارية إلى جسم أو بيئة أخرى. المتلقون والموردون للطاقة الحرارية أنظمة الضخعادة ما يعملون في أزواج.

تتميز الأنواع التالية من المضخات الحرارية:

• الهواء هو الماء.
• الأرض ماء.
• الماء هو الهواء.
• الماء هو الماء.
• الأرض هي الهواء.
• المياه المياه
• الهواء هو الهواء.

وفي هذه الحالة، تحدد الكلمة الأولى نوع الوسط الذي يأخذ منه النظام حرارة منخفضة الحرارة. أما الثاني فيشير إلى نوع الناقل الذي تنتقل إليه هذه الطاقة الحرارية. وهكذا، في المضخات الحرارية، الماء هو الماء، ويتم أخذ الحرارة من البيئة المائية ويستخدم السائل كمبرد.

اليوم، موضوع تسخين ما يسمى بالقطاع الخاص مهم للغاية. كما تظهر الممارسة، لا يوجد دائما خط أنابيب للغاز، لذلك يضطر الناس إلى البحث عن مصادر بديلة للحرارة. دعونا نتحدث في هذا المقال عن ماهية المضخة الحرارية الأرضية أو كما يطلق عليها في الحياة اليومية المضخة الحرارية. مبدأ تشغيل هذه الوحدة غير معروف للجميع، وكذلك تصميمها. سنحاول حل هذه الأمور.

ماذا تريد ان تعرف؟

يمكنك التحدث عن حقيقة أنه بما أن المضخات الحرارية فعالة للغاية، فلماذا لا يتم توزيعها على نطاق واسع. بيت القصيد هو التكلفة العالية للمعدات والتركيب. ولهذا السبب البسيط يتخلى الكثيرون عن هذا القرار ويختارون، على سبيل المثال، الغلايات الكهربائية أو الفحم. ومع ذلك، لا ينبغي استبعاد هذا الخيار لأسباب عديدة، والتي سنتحدث عنها بالتأكيد في هذا المقال. بمجرد تركيبها، تصبح المضخات الحرارية اقتصادية للغاية لأنها تستخدم الطاقة الأرضية. المضخة الحرارية الأرضية هي 3 في 1. فهي لا تجمع فقط بين غلاية التدفئة و نظام DHWولكن أيضا تكييف الهواء. دعونا نلقي نظرة فاحصة على هذا الجهاز ونفكر في جميع نقاط القوة والضعف فيه.

مبدأ تشغيل الوحدة

مبدأ تشغيل المضخة الحرارية للتدفئة هو استخدام فرق الجهد في الطاقة الحرارية. ولهذا السبب يمكن استخدام هذه المعدات في أي بيئة. الشيء الرئيسي هو أن درجة حرارته لا تقل عن درجة مئوية واحدة.

لدينا سائل تبريد يتحرك عبر خط الأنابيب، حيث يتم تسخينه في الواقع بمقدار 2-5 درجات. بعد ذلك، يدخل المبرد إلى المبادل الحراري (الدائرة الداخلية)، حيث يطلق الطاقة المجمعة. في هذا الوقت، يوجد مبرد في الدائرة الخارجية، وله نقطة غليان منخفضة. وبناء على ذلك يتحول إلى غاز. عند دخول الضاغط، يتم ضغط الغاز، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارته. ثم يذهب الغاز إلى المكثف، حيث يفقد حرارته، ويعيده إلى نظام التدفئة. يصبح المبرد سائلاً ويتدفق مرة أخرى إلى الدائرة الخارجية.

باختصار عن أنواع المضخات الحرارية

يوجد اليوم العديد من التصميمات الشائعة لمضخات الطاقة الحرارية الأرضية. ولكن على أي حال، يمكن مقارنة مبدأ عملها مع تشغيل معدات التبريد. ولهذا السبب، بغض النظر عن نوعها، يمكن استخدام المضخة كمكيف هواء في فصل الصيف. لذلك، يتم تصنيف المضخات الحرارية حسب المكان الذي يمكن أن تستخرج منه الحرارة:

• من الأرض؛
• من الخزان
• من الجو.

النوع الأول هو المفضل في المناطق الباردة. والحقيقة هي أن درجة حرارة الهواء غالبا ما تنخفض إلى -20 وتحت (على سبيل المثال الاتحاد الروسي)، ولكن عمق تجميد التربة عادة ما يكون ضئيلا. أما الخزانات فهي غير متوفرة في كل مكان ولا ينصح باستخدامها كثيراً. على أية حال، من الأفضل اختيار مضخة حرارية ذات مصدر أرضي لتدفئة منزلك. لقد نظرنا قليلاً إلى مبدأ تشغيل الوحدة، لذلك ننتقل.

"المياه الجوفية": ما هي أفضل طريقة لوضعها؟

يعتبر تلقي الحرارة من الأرض هو الأنسب والعقلاني. ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه على عمق 5 أمتار لا توجد تقلبات في درجات الحرارة عملياً. يتم استخدام سائل خاص كمبرد. يطلق عليه عادة محلول ملحي. إنها صديقة للبيئة تمامًا.

أما بالنسبة لطريقة التنسيب فهناك أفقي وعمودي. النوع الأول يتميز بحقيقة أنه الأنابيب البلاستيكية، التي تمثل الكفاف الخارجي، تم وضعها أفقيًا على المربع. وهذا يمثل مشكلة كبيرة، حيث يجب تنفيذ أعمال البناء على مساحة 25-50 متر مربع. وفي حالة الترتيب الرأسي يتم حفر الآبار العمودية بعمق 50-150 متراً. كلما تم وضع المجسات بشكل أعمق، زادت كفاءة عمل المضخة الحرارية الأرضية. لقد ناقشنا بالفعل مبدأ التشغيل، والآن سنتحدث عن تفاصيل أكثر أهمية.

مضخة تسخين الماء إلى الماء: مبدأ التشغيل

كما لا تستبعد على الفور إمكانية استخدام الطاقة الحركية للمياه. والحقيقة هي أنه في أعماق كبيرة تظل درجة الحرارة مرتفعة جدًا وتختلف في نطاقات صغيرة، هذا إذا حدثت على الإطلاق. يمكنك اتباع عدة طرق واستخدامها:

• المسطحات المائية المفتوحة مثل الأنهار والبحيرات.
• المياه الجوفية (بئر، بئر).
• مياه الصرف الصحي الناتجة عن الدورات الصناعية (إعادة إمدادات المياه).

من الناحية الاقتصادية والتقنية، من الأسهل إعداد تشغيل مضخة الطاقة الحرارية الأرضية في خزان مفتوح. وفي الوقت نفسه، لا توجد اختلافات كبيرة في التصميم بين مضخات الأرض إلى الماء ومن الماء إلى الماء. في الحالة الأخيرة، يتم تزويد الأنابيب المغمورة في خزان مفتوح بحمل. أما بالنسبة لاستخدام المياه الجوفية، فإن التصميم والتركيب أكثر تعقيدا. ومن الضروري تخصيص بئر منفصل لتصريف المياه.

مبدأ تشغيل المضخة الحرارية الهواء إلى الماء

يعتبر هذا النوع من المضخات من أقل المضخات كفاءة لعدد من الأسباب. أولا، خلال موسم البرد، تنخفض درجة حرارة الكتل الهوائية بشكل ملحوظ. وهذا يؤدي في النهاية إلى انخفاض في قوة المضخة. قد لا يكون قادرا على التعامل مع تدفئة منزل كبير. ثانيا، التصميم أكثر تعقيدا وأقل موثوقية. ومع ذلك، يتم تقليل تكاليف التركيب والصيانة بشكل كبير. ويرجع ذلك إلى حقيقة أنك لا تحتاج إلى خزان أو بئر ولا تحتاج أيضًا إلى حفر خنادق للأنابيب في كوخك الصيفي.

يتم وضع النظام على سطح المبنى أو في مكان آخر مناسب. ومن الجدير بالذكر أن تصميم مماثللديه ميزة واحدة كبيرة. يكمن في إمكانية استخدام غازات العادم والهواء الذي يخرج من الغرفة مرة أخرى. وهذا يمكن أن يعوض عن عدم كفاية الطاقة للمعدات في فصل الشتاء.

مضخات هواء-هواء وشيء آخر

تعتبر مثل هذه التركيبات أقل شيوعًا من تركيبات "الهواء والماء"، وهناك عدد من الأسباب لذلك. كما كنت قد خمنت، في حالتنا، يتم استخدام الهواء كمبرد، والذي يتم تسخينه بواسطة كتلة هوائية أكثر دفئًا من البيئة. هناك عدد كبير من عيوب مثل هذا النظام، تتراوح من الأداء المنخفض إلى التكلفة العالية، والمضخة الحرارية من الهواء إلى الهواء، ومبدأ التشغيل الذي تعرفه، ليس سيئًا فقط في المناطق الدافئة.

هناك أيضًا نقاط قوة هنا. أولا، انخفاض تكلفة المبرد. على الأرجح، لن تواجه مشكلة تسرب مجاري الهواء. ثانيا، فعالية مثل هذا الحل مرتفعة للغاية في فترة الربيع والخريف. في فصل الشتاء، لا ينصح باستخدام مضخة حرارة الهواء، مبدأ التشغيل الذي ناقشناه.

مضخة حرارية محلية الصنع

أظهرت الدراسات أن فترة استرداد المعدات تعتمد بشكل مباشر على المنطقة الساخنة. إذا كنا نتحدث عن منزل مساحته 400 متر مربع، فهذا حوالي 2-2.5 سنة. ولكن بالنسبة لأولئك الذين لديهم مساكن أصغر، فمن الممكن تماما للاستخدام مضخات محلية الصنع. قد يبدو أن صنع مثل هذه المعدات أمر صعب، لكنه في الواقع ليس كذلك إلى حد ما. يكفي شراء المكونات الضرورية، ويمكنك البدء في التثبيت.

الخطوة الأولى هي شراء ضاغط. يمكنك أن تأخذ واحدة على مكيف الهواء. قم بتثبيته بنفس الطريقة على جدار المبنى. وبالإضافة إلى ذلك، هناك حاجة إلى مكثف. يمكنك بناءه بنفسك أو شرائه. إذا اتبعت الطريقة الأولى، فستحتاج إلى ملف نحاسي بسمك لا يقل عن 1 مم، ويتم وضعه في السكن. قد يكون هذا خزانًا بأبعاد مناسبة. بعد التثبيت، يتم لحام الخزان وإجراء التوصيلات الملولبة اللازمة.

الجزء الأخير من العمل

في أي حال، في المرحلة النهائية سوف تحتاج إلى استئجار متخصص. إنه شخص مطلع يجب أن يقوم بعملية اللحام أنابيب النحاسوضخ الفريون وكذلك أول تشغيل للضاغط. بعد تجميع الهيكل بأكمله، يتم توصيله بنظام التدفئة الداخلي. يتم تركيب الدائرة الخارجية أخيرًا، وتعتمد ميزاتها على نوع المضخة الحرارية المستخدمة.

لا تغفل عن نقطة مهمة مثل استبدال الأسلاك القديمة أو التالفة في المنزل. يوصي الخبراء بتركيب عداد بقوة لا تقل عن 40 أمبير، وهو ما ينبغي أن يكون كافيًا لتشغيل المضخة الحرارية. ومن الجدير بالذكر أن هذه المعدات في بعض الحالات لا ترقى إلى مستوى التوقعات. ويرجع ذلك، على وجه الخصوص، إلى الحسابات الديناميكية الحرارية غير الدقيقة. لمنعك من إنفاق الكثير من المال على التدفئة والاضطرار إلى تركيب غلاية الفحم في الشتاء، اتصل بالمنظمات الموثوقة ذات المراجعات الإيجابية.

السلامة والصداقة البيئية تأتي في المقام الأول

يعد التسخين باستخدام المضخات الموضحة في هذه المقالة من أكثر الطرق الصديقة للبيئة. ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى انخفاض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، فضلاً عن الحفاظ على موارد الطاقة غير المتجددة. بالمناسبة، في حالتنا نستخدم الموارد المتجددة، لذلك لا داعي للخوف من نفاد الحرارة فجأة. بفضل استخدام مادة تغلي عند درجات حرارة منخفضة، أصبح من الممكن تنفيذ دورة ديناميكية حرارية عكسية وبتكاليف طاقة أقل، الحصول على كمية كافية من الحرارة داخل المنزل. أما بالنسبة للسلامة من الحرائق، فكل شيء واضح هنا. ليست هناك فرصة لتسرب الغاز أو زيت الوقود أو الانفجار، ولا توجد أماكن خطرة لتخزين المواد القابلة للاشتعال وأكثر من ذلك بكثير. في هذا الصدد، المضخات الحرارية جيدة جدا.

خاتمة

أنت الآن على دراية تامة بماهية المضخة الحرارية وما يمكن أن تكون عليه (مبدأ العمل). من الممكن إنشاء مثل هذه الوحدة بيديك، وفي بعض الحالات يكون ذلك ضروريًا. في هذه الحالة، يمكنك توفير حوالي 30٪ عند شراء المعدات. لكن، مرة أخرى أعمال التركيبومن المستحسن أن يقوم بذلك متخصص، وينطبق الشيء نفسه على الحسابات التي يتم إجراؤها.

بغض النظر عما قد يقوله المرء، لا يزال هذا النوع من التدفئة باهظ الثمن إلى حد ما مع فترة استرداد طويلة. في معظم الحالات، يكون تركيب الغاز أو التدفئة بالفحم أو الخشب أسهل بكثير. ومع ذلك، بالنسبة للمنازل الريفية الكبيرة، يعد هذا نوعًا واعدًا جدًا من التدفئة. إذا تحدثنا عن كفاءة المعدات، فقد اتضح أنه مقابل 1 كيلو واط من الطاقة المستهلكة، نحصل على حوالي 5-7 كيلو واط من الحرارة. من حيث التبريد، يبلغ إنتاجه 2-2.5 كيلو واط، وهو أيضًا جيد جدًا. ومن الجدير بالذكر أيضًا أن المضخة تعمل بصمت. وهذا، من حيث المبدأ، هو كل ما يمكن قوله حول هذا الموضوع.

المضخة الحرارية هي جهاز يسمح بنقل الطاقة الحرارية من جسم أقل تسخينًا إلى جسم أكثر تسخينًا، مما يؤدي إلى زيادة درجة حرارته. في السنوات الاخيرةهناك طلب كبير على المضخات الحرارية كمصدر للطاقة الحرارية البديلة، مما يسمح للمرء بالحصول على حرارة رخيصة حقًا دون تلويث البيئة.

اليوم يتم إنتاجها من قبل العديد من الشركات المصنعة لمعدات التدفئة، والاتجاه العام هو أن المضخات الحرارية ستحتل مكانة رائدة في مجموعة معدات التدفئة في السنوات القادمة.

عادة، يتم استخدام المضخات الحرارية حرارة المياه الجوفيةوالتي تكون درجة حرارتها على نفس المستوى تقريبًا على مدار السنة وهي +10 درجة مئوية، وهي حرارة البيئة أو المسطحات المائية.

يعتمد مبدأ عملها على حقيقة أن أي جسم تزيد درجة حرارته عن الصفر المطلق لديه احتياطي من الطاقة الحرارية يتناسب طرديًا مع كتلته وقدرته الحرارية النوعية. ومن الواضح أن البحار والمحيطات وكذلك المياه الجوفية، التي تكون كتلتها كبيرة، لديها احتياطي هائل من الطاقة الحرارية، التي لا يؤثر استخدامها الجزئي لتدفئة المنزل بأي شكل من الأشكال على درجة حرارتها وعلى البيئة البيئية. الوضع على هذا الكوكب.

لا يمكنك "سلب" الطاقة الحرارية من الجسم إلا عن طريق تبريده. يمكن حساب كمية الحرارة المنبعثة في هذه الحالة (في شكل بدائي) باستخدام الصيغة

س = سم (T2-T1)، أين

س- الحرارة الواردة

ج-السعة الحرارية

م- وزن

T1 T2- اختلاف درجات الحرارة التي يتم بها تبريد الجسم

توضح الصيغة أنه عند تبريد كيلوغرام واحد من سائل التبريد من 1000 درجة إلى 0 درجة، يمكن الحصول على نفس كمية الحرارة التي يتم الحصول عليها عند تبريد 1000 كجم من سائل التبريد من 1 درجة مئوية إلى 0 درجة مئوية.

الشيء الرئيسي هو أن تكون قادرًا على استخدام الطاقة الحرارية وتوجيهها لتدفئة المباني السكنية والمباني الصناعية.

نشأت فكرة استخدام الطاقة الحرارية للأجسام الأقل حرارة في منتصف القرن التاسع عشر، ويعود تأليفها إلى العالم الشهير في ذلك الوقت اللورد كلفن. ومع ذلك، فهو لم يتجاوز الفكرة العامة. تم اقتراح أول تصميم للمضخة الحرارية في عام 1855 وكان ملكًا لبيتر ريتر فون ريتنغر. لكنها لم تلق الدعم ولم تجد تطبيقا عمليا.

يعود تاريخ "ولادة" المضخة الحرارية إلى منتصف الأربعينيات من القرن الماضي، عندما انتشرت الثلاجات المنزلية العادية على نطاق واسع. هم الذين أعطوا السويسري روبرت فيبر فكرة استخدام الحرارة المتولدة الفريزرلتسخين المياه لتلبية الاحتياجات المنزلية.

كان التأثير الناتج مذهلا: كانت كمية الحرارة كبيرة جدا بحيث كانت كافية ليس فقط لإمدادات المياه الساخنة، ولكن أيضا لتسخين المياه للتدفئة. صحيح أنه في هذه الحالة كان علينا أن نعمل بجد ونتوصل إلى نظام للمبادلات الحرارية يسمح لنا باستخدام الطاقة الحرارية المنبعثة من الثلاجة.

ومع ذلك، في البداية، اعتبر اختراع روبرت ويبر فكرة مضحكة، وكان يُنظر إليه على أنه مشابه لأفكار العمود الحديث الشهير "الأيدي المجنونة". نشأ الاهتمام الحقيقي به في وقت لاحق، عندما أصبحت مسألة العثور على مصادر بديلة للطاقة حادة بالفعل. عندها حصلت فكرة المضخة الحرارية على شكلها الحديث وتطبيقها العملي.

يمكن تصنيف المضخات الحرارية الحديثة اعتمادًا على مصدر الحرارة ذات درجات الحرارة المنخفضة، والتي يمكن أن تكون التربة أو الماء (في خزان مفتوح أو تحت الأرض)، وكذلك الهواء الخارجي.

ويمكن نقل الطاقة الحرارية الناتجة إلى الماء واستخدامها لتسخين المياه وإمدادات الماء الساخن، وكذلك إلى الهواء واستخدامها للتدفئة وتكييف الهواء. ومع أخذ ذلك في الاعتبار، تنقسم المضخات الحرارية إلى 6 أنواع:

• من التربة إلى الماء (من الأرض إلى الماء)
• من التربة إلى الهواء (أرض إلى جو)
• من الماء إلى الماء (الماء إلى الماء)
• من الماء إلى الهواء (الماء-الهواء)
• من الهواء إلى الماء (الهواء إلى الماء)
• الهواء إلى الهواء (الهواء إلى الهواء)

كل نوع من المضخات الحرارية له خصائصه الخاصة في التركيب والتشغيل.

طريقة التثبيت وميزات التشغيل للمضخة الحرارية المياه الجوفية

• تعد Grund موردًا عالميًا للطاقة الحرارية ذات درجات الحرارة المنخفضة

تحتوي التربة على احتياطي هائل من الطاقة الحرارية ذات درجات الحرارة المنخفضة. إنها قشرة الأرض التي تتراكم باستمرار الحرارة الشمسية وفي نفس الوقت يتم تسخينها من الداخل، من قلب الكوكب. ونتيجة لذلك، على عمق عدة أمتار، تتمتع التربة دائمًا بدرجة حرارة إيجابية. كقاعدة عامة، في الجزء الأوسط من روسيا نتحدث عن 150-170 سم، وفي هذا العمق تكون درجة حرارة التربة إيجابية ولا تقل عن 7-8 درجة مئوية.

ميزة أخرى للتربة هي أنها تتجمد تدريجياً حتى في حالة الصقيع الشديد. ونتيجة لذلك، يتم ملاحظة الحد الأدنى لدرجة حرارة الأرض على عمق 150 سم عندما يصل الربيع التقويمي بالفعل إلى السطح وتقل الحاجة إلى الحرارة للتدفئة.

وهذا يعني أنه من أجل "إزالة" الحرارة من الأرض في المنطقة الوسطى من روسيا، يجب أن تكون المبادلات الحرارية لتجميع الطاقة الحرارية موجودة على عمق أقل من 150 سم.

في هذه الحالة، سيتم تسخين سائل التبريد المنتشر في نظام المضخة الحرارية، الذي يمر عبر المبادلات الحرارية، بواسطة حرارة التربة، ثم يدخل المبخر، وينقل الحرارة إلى الماء المتداول في نظام التدفئة ويعود لمدة جزء جديد من الطاقة الحرارية.

• ما يمكن استخدامه كمبرد

غالبًا ما يستخدم ما يسمى بـ "المحلول الملحي" كمبرد في مضخات تسخين المياه الجوفية. يتم تحضيره من الماء والإيثيلين جليكول أو البروبيلين جليكول. تستخدم بعض الأنظمة الفريون، مما يعقد بشكل كبير تصميم المضخة الحرارية ويزيد من تكلفتها. والحقيقة هي أن المبادل الحراري لمضخة من هذا النوع يجب أن يحتوي على مساحة كبيرة للتبادل الحراري، وبالتالي حجم داخلي، الأمر الذي يتطلب كمية مناسبة من سائل التبريد.

استخدام الفريونعلى الرغم من أنه يزيد من كفاءة المضخة الحرارية، إلا أنه يتطلب أيضًا إحكامًا مطلقًا للنظام ومقاومته للضغط العالي.

بالنسبة للأنظمة التي تحتوي على "محلول ملحي"، عادة ما تكون المبادلات الحرارية مصنوعة من أنابيب البوليمر، في أغلب الأحيان من البولي إيثيلين، بقطر 40-60 ملم. المبادلات الحرارية لها شكل مجمعات أفقية أو رأسية.

وهو عبارة عن أنبوب يتم وضعه في الأرض على عمق أقل من 170 سم، ولهذا يمكنك استخدام أي قطعة أرض غير مطورة. للراحة ولزيادة مساحة التبادل الحراري، يتم وضع الأنبوب بشكل متعرج، حلقات، دوامة، إلخ. في المستقبل، يمكن استخدام قطعة الأرض هذه لحديقة أو فراش زهور أو حديقة نباتية. تجدر الإشارة إلى أن التبادل الحراري بين التربة والمجمع يكون أفضل في البيئة الرطبة. لذلك، يمكن سقي سطح التربة وتخصيبه بأمان.

ويعتقد أن 1 متر مربع من التربة ينتج في المتوسط ​​من 10 إلى 40 واط من الطاقة الحرارية. اعتمادا على الحاجة إلى الطاقة الحرارية، يمكن أن يكون هناك أي عدد من حلقات المجمع.

المجمع العمودي هو نظام من الأنابيب المثبتة عموديًا في الأرض. وللقيام بذلك يتم حفر الآبار إلى أعماق تتراوح من عدة أمتار إلى عشرات أو حتى مئات الأمتار. في أغلب الأحيان، يكون المجمع الرأسي على اتصال وثيق بالمياه الجوفية، لكن هذا ليس كذلك شرط ضروريلتشغيلها. أي أن المجمع المثبت رأسياً تحت الأرض يمكن أن يكون "جافاً".

المجمع الرأسي، تمامًا مثل المجمع الأفقي، يمكن أن يكون له أي تصميم تقريبًا. الأنظمة الأكثر استخدامًا هي أنواع "الأنبوب داخل الأنبوب" و"الحلقة"، والتي من خلالها يتم ضخ المحلول الملحي إلى الأسفل ثم يرتفع مرة أخرى إلى المبخر.

تجدر الإشارة إلى أن المجمعات الرأسية هي الأكثر إنتاجية. يتم تفسير ذلك من خلال موقعها على أعماق كبيرة، حيث تكون درجة الحرارة دائمًا تقريبًا عند نفس المستوى وهي 1-12 درجة مئوية. عند استخدامها بمساحة 1 متر مربع، يمكنك الحصول على من 30 إلى 100 واط من الطاقة. إذا لزم الأمر، يمكن زيادة عدد الآبار.

لتحسين عملية التبادل الحراري بين الأنبوب والتربة، يتم ملء المساحة بينهما بالخرسانة.

• مزايا وعيوب مضخات حرارة المياه الجوفية

يتطلب تركيب المضخة الحرارية من الأرض إلى الماء استثمارات مالية كبيرة، لكن تشغيلها يتيح لك الحصول على طاقة حرارية مجانية تقريبًا. وهذا لا يسبب أي ضرر للبيئة.

ومن مميزات هذا النوع من المضخات الحرارية:

• المتانة: يمكن أن تعمل لعدة عقود دون إصلاح أو صيانة
• سهولة التشغيل
• إمكانية استغلال قطعة أرض للزراعة
• الاسترداد السريع: عند تسخين أماكن كبيرة، على سبيل المثال من 300 متر مربع وما فوق، تدفع المضخة تكاليفها خلال 3-5 سنوات.

وبالنظر إلى أن تركيب مبادل حراري في الأرض هو عمل زراعي معقد، يجب أن يتم تنفيذه مع التطوير الأولي للمشروع.

كيف تعمل المضخة الحرارية؟

تتكون المضخة الحرارية من العناصر التالية:

• ضاغط يعمل من شبكة كهربائية عادية
• المبخر
• مكثف
• شعري
• منظم الحراره
• سائل العمل أو مادة التبريد التي يعتبر الفريون أكثر ملاءمة لها

يمكن وصف مبدأ تشغيل المضخة الحرارية باستخدام دورة كارنو، المعروفة جيدًا من خلال دورة الفيزياء المدرسية.

يتوسع الغاز (الفريون) الذي يدخل المبخر عبر الشعيرات الدموية، وينخفض ​​ضغطه، مما يؤدي إلى تبخره لاحقًا، حيث يقوم خلاله، عند ملامسته لجدران المبخر، بسحب الحرارة منها بشكل فعال. تنخفض درجة حرارة الجدران، مما يحدث فرقًا في درجة الحرارة بينها وبين الكتلة التي توجد بها المضخة الحرارية. عادةً ما تكون هذه المياه الجوفية أو مياه البحر أو البحيرة أو قطعة من الأرض. ليس من الصعب تخمين أن هذا يبدأ عملية نقل الطاقة الحرارية من جسم أكثر تسخينًا إلى جسم أقل تسخينًا، وهو في هذه الحالة جدران المبخر. في هذه المرحلة من التشغيل، تقوم المضخة الحرارية "بضخ" الحرارة من وسط المبرد.

في المرحلة التالية، يتم امتصاص مادة التبريد إلى الضاغط، ثم يتم ضغطها وتزويدها تحت الضغط إلى المكثف. أثناء عملية الضغط، ترتفع درجة حرارته ويمكن أن تتراوح من 80 إلى 120 درجة مئوية، وهي أكثر من كافية للتدفئة وإمدادات المياه الساخنة إلى مبنى سكني. في المكثف، يتخلى سائل التبريد عن احتياطيه من الطاقة الحرارية، ويبرد، ويتحول إلى الحالة السائلة، ثم يدخل إلى الأنبوب الشعري. ثم تتكرر العملية.

للتحكم في تشغيل المضخة الحرارية، يتم استخدام منظم الحرارة، الذي يتم من خلاله إيقاف إمداد النظام بالكهرباء عند الوصول إلى درجة الحرارة المحددة في الغرفة وتستأنف المضخة العمل عندما تنخفض درجة الحرارة عن القيمة المحددة مسبقًا .

يمكن استخدام المضخة الحرارية كمصدر للطاقة الحرارية ويمكن استخدامها لإنشاء أنظمة تدفئة مشابهة لأنظمة التدفئة المعتمدة على المرجل أو الفرن. يظهر مثال على هذا النظام في الرسم البياني أعلاه.

تجدر الإشارة إلى أن المضخة الحرارية لا يمكن أن تعمل إلا عند توصيلها بمصدر طاقة كهربائية. في هذه الحالة، قد يكون هناك رأي خاطئ بأن نظام التدفئة بأكمله يعتمد على استخدام الطاقة الكهربائية. في الواقع، لنقل 1 كيلو واط من الطاقة الحرارية إلى نظام التدفئة، من الضروري إنفاق حوالي 0.2-0.3 كيلو واط من الطاقة الكهربائية.

فوائد المضخة الحرارية

من بين مزايا المضخة الحرارية ما يلي:

• كفاءة عالية
• إمكانية التبديل من وضع التدفئة إلى وضع تكييف الهواء واستخدامه لاحقًا في الصيف لتبريد الغرف
• إمكانية استخدام نظام تحكم آلي فعال
• سلامة البيئة
• صغير الحجم (لا يزيد حجمه عن الثلاجة المنزلية)
• عملية هادئة
• السلامة من الحرائق، وهو أمر مهم بشكل خاص لتدفئة المنازل الريفية

ومن بين عيوب المضخة الحرارية تجدر الإشارة التكلفة العالية وتعقيد التثبيت.